Suhu dan Kalor - Fisika SMA

1.

Suhu dan Termometer

Suhu ⇒ ukuran/derajat panas dinginnya suatu benda atau energi kinetik rata-rata yang dimiliki oleh molekul2 suatu benda. besaran pokok satuan SI Kelvin (K)

skala Kelvin tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur & titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan batasan energi yang dimiliki oleh benda itu sendiri

1

bekerja berdasarkan sifat termometrik zat Sifat fisis suatu zat yang akan berubah jika ada perubahan suhu 1. 2. 3. 4. 5.

Volume zat cair Panjang logam Hambatan listrik Tekanan gas pada volume tetap Warna filamen lampu pijar

1. Termometer zat cair 2. Termometer bimetal 3. Termokopel 4. Termometer gas 5. Pyrometer 6. Termometer hambatan

2

Titik tetap atas (Ta) dan Titik tetap bawah (Tb) Titik beku air murni

Kalibrasi Termomter

1. 2. 3. 4.

Titik didih air murni penetapan tanda – tanda untuk pembagian skala pada suatu termometer

Menentukan Tb Menentukan Ta Menentukan jumlah skala di antara titik-titik tetap Memperluas skala di luar titik tetap

3

Skala

Titik tetap atas (Ta)

Titik tetap bawah (Tb)

Perbandingan

Celcius

100°

0°

5

Fahrenheit

212°

32°

9

Kelvin

373

273

5

Reamur

80°

0°

4

4

Celcius

Fahrenheit

C=5/9(F-32)

Celcius

Fahrenheit

F=9/5C+32

Kelvin

K=C+273

K=5/9(F-32)+273

Reamur

R=4/5C

R=4/9(F-32)

Kelvin

Reamur

C=K-32

C= 4/5R

F=9/5(K-273)+32

F=9/5R+32

K=5/4R+273

R=4/5(K-273)

5

Keterangan : T1 = suhu pada termometer 1 Ta1 = titik tetap atas termometer 1 Tb1 = titik tetap bawah termometer 1 T2 = suhu pada termometer 2 Ta2 = titik tetap atas termometer 2 Tb2 = titik tetap bawah termometer 2 6

Pemuaian merupakan perubahan ukuran dimensi geometris sebagai reaksiyang dilakukan oleh partikel-partikel yang menyusun zat tersebut ketika mengalami kenaikan suhu Pemuaian Zat Cair

Pemuaian Zat Padat

Pemuaian Gas

Muai Panjang

Muai Luas

Muai Volume 7

Lo

ΔL

Lt

Pertambahan panjang suatu benda dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

ΔL = LO α ΔT

Lt= LO (1 + α ΔT )

Keterangan: Lo = Panjang mula-mula (m) Lt = Panjang akhir (m) ∆L= pertambahan panjang (m) ∆T= perubahan suhu (°C) α = koefisien muai panjang benda (/°C) 8

AO

ΔA

Pertambahan luas suatu benda dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

ΔA = AO  ΔT

At = AO (1 +  ΔT)

Ao = luas mula-mula At = luas pada suhu T ΔA = pertambahan luas T0 = suhu awal Tt = suhu akhir β = koefisien muai luas β=2xα 9

VO

Vt

Pertambahan volume suatu benda dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

ΔV = VO  ΔT ΔV

Vt = VO (1 +  ΔT) Vo = volume mula-mula Vt = volume pada suhu T ΔV = pertambahan volume To = suhu awal Tt = suhu akhir Ɣ = koefisien muai volume Ɣ=3xα

10

Pemuaian pada gas/udara merupakan pemuaian volume

Vt = VO ( 1 +  Δ T )  = koef. Muai volume gas = 1/273 K T = Suhu harus dalam Kelvin Gas memuai tidak hanya disebabkan oleh perubahan suhu, gas juga dapat memuai ketika mengalami perubahan tekanan

11

Apabila gas dipanaskan pada suhu tetap, maka volume (T) dan tekanan (P) akan berubah.

Hukum Boyle Tekanan gas pada suhu konstan berbanding terbalik dengan volumenya, atau Hasil kali tekanan dengan volume gas pada suhu tetap adalah konstan

p1V1 = p2V2

atau

pV = konstan

12

Apabila gas dipanaskan pada tekanan (P) tetap, maka suhu (T) dan volume (V) gas akan berubah

Gay - Lussac Volume gas pada tekanan tetap berbanding lurus dengan suhu mutlak gas tersebut

V1

T1

=

V2

T2

atau

V

T

= konstan

13

Apabila gas dipanaskan pada volume tetap (V) maka tekanan (p) dan suhu (T) akan berubah

Hukum Charles Tekanan mutlak suatu gas pada volume konstan berbanding lurus dengan suhu Mutlak gas tersebut

P1 T1

=

P2 T2

atau

P T

= konstan 14

Hukum Boyle – Gay Lussac

Berlaku jika V, P, maupun T semuanya berubah

P1V1 T1

=

P2V2 T2

atau

PV T

= konstan

15

Zat cair

Muai volume/ruang

ΔV = VO  ΔT Vt = VO (1 +  ΔT)

Pemuaian volume zat cair lebih besar daripada pemuaian volume zat padat untuk kenaikan suhu yang sama

16

Zat cair Air

Dipanaskan Dipanaskan 0°C – 4°C

Dipanaskan pada suhu di atas 4°C

Massa air tetap

Memuai Menyusut Massa jenis air mencapai maksimum pada suhu 4°C

17

1.

2.

3.

Suhu suatu benda adalah 68°F. Berapakah suhunya jika diukur dengan : a) Skala Celcius; b) Skala Kelvin Mahluk angkasa luar mendarat di Bumi. Dalam skala mahluk tersebut, titik lebur es adalah 15°X, dan titik uap adalah 165°X. Termometer penyerbu menunjukkan suhu di Bumi 42°X. Berapakah suhu di Bumi jika diukur dengan termometer skala Celcius? Pada suhu berapakah skala Celcius dan Fahrenheit menunjukkan hasil pengukuran yang sama?

18

1. Sepotong pipa kuningan panjangnya 100 cm dan suhunya 25°C. Koefisien muai panjang kuningan 19 x 10-6/°C. Berapakah panjang pipa tersebut pada suhu 75°C? 2. Sebuah lempeng tipis lebarnya 20 cm dan panjangnya 50 cm, terbuat dari logam yang koefisien muai liniernya 1,2 x 10-5/°C dengan suhu 25°C. Jika logam tersebut dipanaskan sampai suhu 100°C, tentukan luasnya sekarang! 3. Sebuah balok tembaga dengan ukuran panjang, lebar dan tinggi masing –masing 15 cm, 10 cm, dan 12 cm bersuhu 27°C. Balok tersebut kemudian dipanaskan sampai suhu 47°C. Jika koefisien muai panjang tembaga 17 x 10-6/°C, tentukan volume balok sekarang! 4. Suatu gas ideal volume awalnya 3 liter dengan tekanan 1 atm dan suhu 27°C. Kemudian, gas tersebut dipanaskan sehingga suhunya menjadi 57°C dan volumenya 3,3 liter. Tentukan tekanan gas itu sekarang!

19

Volume (m3)

0

4

Suhu (°C) 20